Washington [US], 4 luglio (ANI): È stato recentemente scoperto che un nuovo metodo per la determinazione orbitale quantistica che consente la spettroscopia fotoelettrica tramite tunneling di ionizzazione fornisce una misurazione a risoluzione sub-micro e temporale della dinamica degli elettroni.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Advanced Photonics.

Il movimento degli elettroni negli atomi e nelle molecole è di fondamentale importanza per molti processi fisici, biologici e chimici. L’esplorazione della dinamica degli elettroni all’interno di atomi e molecole è essenziale per comprendere e manipolare questi fenomeni. La spettroscopia pump-probe è la tecnica tradizionale.

Il Premio Nobel per la Chimica 1999 fornisce un esempio ben noto in cui gli impulsi laser pompati a femtosecondi hanno studiato il movimento atomico coinvolto nelle reazioni chimiche. Tuttavia, poiché la scala temporale del movimento degli elettroni all’interno di atomi e molecole è dell’ordine dell’attosecondo (10-18 secondi) anziché dei femtosecondi (10-15 secondi), sono necessari impulsi ad attosecondi per sondare il movimento dell’elettrone.

Con lo sviluppo della tecnologia ad attosecondi, sono diventati disponibili laser con durate di impulso inferiori a 100 attosecondi, offrendo opportunità per studiare e manipolare la dinamica degli elettroni in atomi e molecole.

Un altro metodo importante per sondare la dinamica degli elettroni si basa sulla ionizzazione a effetto tunnel di forte campo. In questo metodo, un potente laser a femtosecondi viene utilizzato per indurre la ionizzazione tunnel, un fenomeno quantomeccanico che fa sì che gli elettroni passino attraverso la barriera potenziale e fuoriescano da un atomo o una molecola.

Questo processo fornisce informazioni codificate otticamente sulla dinamica degli elettroni ultraveloci. Sulla base della relazione tra il tempo di ionizzazione e il momento finale del fotoelettrone tunnellizzato ionizzante, la dinamica dell’elettrone può essere osservata con precisione sulla scala degli attosecondi.

La relazione tra tempo di ionizzazione e momento finale di un fotoelettrone tunnellizzato è stata teoricamente determinata in termini di un modello “orbitale quantistico” e l’accuratezza della relazione è stata verificata sperimentalmente.

Ma l’identificazione degli orbitali quantistici che contribuiscono alla produzione di fotoelettroni nella ionizzazione tunneling a campo forte è rimasta un mistero, così come il modo in cui orbitali diversi corrispondono in modo diverso ai tempi di quantità di moto e di ionizzazione. Quindi, definire gli orbitali quantistici è vitale per studiare i processi dinamici ultraveloci usando il tunneling di ionizzazione.

I ricercatori della Huazhong University of Science and Technology (HUST) hanno proposto uno schema per identificare e pesare gli orbitali quantistici nella ionizzazione tunneling a forte campo. Nel loro schema, viene introdotta una seconda frequenza armonica (SH) per disturbare il processo di ionizzazione tunneling.

La perturbazione SH è molto più debole del campo fondamentale, quindi non cambia il momento finale dell’elettrone diretto verso la ionizzazione. Tuttavia, può alterare significativamente l’uscita del fotoelettrone, a causa della natura altamente non lineare della ionizzazione tunnel. A causa dei diversi tempi di ionizzazione, diversi orbitali quantistici hanno risposte diverse al campo SH sovrapposto.

Modificando la fase del campo SH rispetto al campo pilota sottostante e osservando le risposte di uscita dei fotoelettroni, è possibile determinare con precisione gli orbitali quantistici degli elettroni ionizzanti tunnel.

Sulla base di questo schema, possono essere risolti i misteri dei cosiddetti orbitali quantistici “lunghi” e “corti” nella ionizzazione tunneling a campo forte e il loro contributo relativistico alla produzione di fotoelettroni in ogni momento può essere misurato con precisione. Questo è uno sviluppo molto importante per l’applicazione del tunneling a ionizzazione a campo forte come metodo per la spettroscopia fotoelettronica.

Uno sforzo di squadra collaborativo guidato da studenti laureati HUST Jia Tan, sotto la supervisione del professor Yueming Zhou, insieme a Shengliang Xu e Xu Han, sotto la supervisione del professor Qingbin Zhang, lo studio indica che l’ologramma generato dal contributo multi-orbitale di lo spettro può fornire Il fotovoltaico fornisce preziose informazioni sulla fase dell’elettrone tunnellizzato.

Il suo pacchetto d’onde codifica ricche informazioni sulla dinamica degli elettroni atomici e molecolari. Secondo Peixiang Lu, professore HUST, vicedirettore del Laboratorio nazionale di optoelettronica di Wuhan e autore senior dello studio, “La misurazione della risoluzione spaziotemporale e sublineare della dinamica degli elettroni è resa possibile grazie a questo nuovo schema per la risoluzione e la pesatura degli orbitali quantistici. ” (Ani)

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